基于多光谱和高光谱的干旱遥感监测研究进展

对近年来国内外利用多光谱卫星数据和近地面高光谱数据进行干旱监测研究进展及其适用性进行了归纳总结,得出以下结论:基于地表土壤水分和能量平衡理论、基于特征空间的干旱监测模型更适用于低植被或裸土地区;基于作物植被指数的干旱监测模型更适用于高植被覆盖区,并且需要长时间的序列数据;基于近地面高光谱数据的干旱监测光谱敏感波段在不同作物不同发育期存在着差异,为有效利用多光谱和高光谱卫星数据进行干旱监测提供借鉴。     

白格滑坡区遥感光谱时空特征对滑坡发育的指示作用

2018年10月和11月,在金沙江川藏交界处江达县波罗乡白格村先后发生两次特大型高位岩质滑坡,堵塞金沙江,造成严重财产损失。文中基于多光谱遥感数据,针对区域光谱信息,采用统计分析与小波变换方法,分季探究了滑坡敏感性因子,分析了白格滑坡形变的时空特征。结果表明：（1）Landsat影像中,NIR、SWIR1和SWIR2波段是识别滑坡发育的敏感波段,归一化水汽指数可作为表征雨季滑坡动态变化的敏感指标,SWIR2可作为表征旱季滑坡体动态变化的关键因子;（2）利用地物光谱捕获到了滑坡动态发育的转折点,1998-2019年,白格滑坡区存在3个变形期,即：1998-2001年的缓慢变形期,2005-2009年的初加速变形期,2014-2018年的加速变形期;（3）在旱季,SWIR2波段反射率可用于区分白格滑坡不同部位的形变特征;在雨季,归一化水汽指数对监测区内植被覆盖区及裸露区有良好的区分度。     

河南省冬小麦晚霜冻害风险区划

基于河南省冬小麦遥感种植面积数据、DEM数据和111个气象站1971-2010年逐日最低气温资料,采用基于GIS的逐日最低气温空间插值技术,根据冬小麦晚霜冻灾度指标及其等级划分标准,计算各空间单元轻霜冻、中霜冻和重霜冻日数,综合考虑霜冻害日数和冬小麦实际种植面积比例因素,构建冬小麦晚霜冻害风险评价指数,分析河南省冬小麦不同等级晚霜冻害日数及其风险的区域特征.结果表明:河南省冬小麦轻霜冻日数高值区主要分布在河南省北部、东部和西部丘陵山区,中霜冻和重霜冻高值区以分布在西部丘陵山区为主,霜冻日数最大值分别为67 d、48 d和120 d;轻霜冻风险较高的区域主要分布在河南省除郑州地区以外的驻马店和南阳盆地以北地区,中霜冻主要分布在东部和西部丘陵山区,重霜冻主要分布在河南省西部丘陵地区,风险指数最大值分别为28％、18％和17％.总体上看,河南省冬小麦晚霜冻害日数和风险空间分布特征明显;轻霜冻日数及其风险的覆盖面积最大,其次为中霜冻,重霜冻最小;河南省的东部、北部和西部丘陵山区为晚霜冻害的主要防御区域,各级霜冻之间以防御轻霜冻为主.     

基于TM与MODIS遥感数据的农业旱情监测——以河北省为例

以河北省冬小麦种植区域为研究区,基于TM和MOD IS遥感数据,利用植被供水指数法确定了研究区旱情等级。首先,将其与遥感解译获得的冬小麦空间分布图叠加得到受灾冬小麦空间分布图;然后以1 km的距离在受灾冬小麦周围做缓冲区,并与通过人口密度模型获得的人口密度空间分布图叠加,得出受灾人口空间分布;最后基于光能利用率改进模型构建粮食产量回归统计模型,得到粮食产量。目的是从粮食产量和作物受灾影响人口两个方面对农业受干旱影响情况进行遥感监测和定量评价,以期为相关部门制定防灾、抗灾措施提供科学依据。结果表明,2004年研究区:(1)春季受灾面积小,仅占16.4%;(2)旱情较轻,以轻旱为主,占受灾面积的89%;(3)冬小麦种植面积约为23 965.0 km2,受灾面积约606.3 km2,主要位于唐山市和保定市;(4)粮食产量回归统计模型精度达到了87%,冬小麦产量约为11939247 t,单产约为498.8 t/km2。     

环境减灾卫星雪灾监测评估应用研究

环境减灾A、B星是我国首次发射的专门用于灾害监测与评估业务的两颗光学小卫星。作为环境减灾小卫星星座建设的重要组成,A、B星的发射标志着环境减灾小卫星星座组网的正式开始,也标志着我国灾害遥感监测评估有了稳定数据源。环境减灾小卫星星座A、B星分别搭载了多光谱成像仪、红外相机和超广谱成像仪,最大观测幅宽达到700 km,最快重返周期小于48 h。环境减灾小卫星星座具备宽视场覆盖、高重访频率、多谱段观测的特点,因此星座卫星多传感器的综合应用适合雪灾、洪涝灾害等大范围灾害的动态监测与评估。在介绍环境减灾A、B星有关性能指标和参数的基础上,结合环境减灾A、B星数据在2008年10月26日至28日西藏雪灾中的应用情况,对卫星数据在雪灾监测与评估业务中的应用能力和技术路线进行了研究和评价,并建立了环境减灾A、B星在雪灾范围评估、风险预警与灾情评估的技术路线,以期为开展雪灾监测评估应用、尽快发挥减灾应用效益提供思路。     

基于NOAA／AVHRR数据的区域沙尘暴强度监测

利用NOAA／AVHRR数据,通过查找表增强显示沙尘暴信息和利用经验模型提取沙尘信息,探讨了区域沙尘暴强度监测的方法。研究发现,利用可见光、近红外和远红外通道多光谱合成遥感数字图象对沙尘暴的监测和沙尘信息的提取效果明显;在低植被覆盖区域,利用GVI指数提取沙尘信息是不可行的,但这一指数有助于提取海面上的沙尘信息;并对沙尘浓度提取进行了探讨,以期显示区域沙尘暴的强度。     

基于MODIS火点指数监测森林火灾

在利用MODIS红外辐射遥感数据分析异常热点光谱辐射特性的基础上,提出了一个新的火情监测模型归一化差异火点指数,并通过几起较大的森林火灾对该模型进行了分析和验证,给出了该监测模型的详细算法。EOS—MODIS探测器具有多光谱、高光谱及热点监测动态范围宽的特点,MODIS的新一代多光谱探测器NPOESS NPP VIIRS同样继承了MODIS的优势,为归一化差异火点指数算法模型提供了广阔的应用前景。     

冬小麦条锈病害与常规胁迫的定量化识别研究——高光谱应用

通过对人工田间诱发条锈病与常规的水胁迫及肥水协同胁迫的处理,分析获取的地物光谱数据及提取的归一化植被指数(NDVI)和光化学植被指数(PRI),定性地研究了条锈病害胁迫与常规胁迫条件下冬小麦冠层光谱特征的差异和规律,并进一步利用高光谱对冬小麦条锈病与常规胁迫进行了定量化的识别研究。选用NDVI和PRI建立二维空间坐标,形成病害胁迫、常规的水胁迫及肥水协同胁迫植被指数的空间分布散点图,结果表明NDVI值大于4.324×PRI 0.976的区域即为条锈病胁迫发生区域。经验证,上述定量化表达的分类识别精度达到了70%以上。     

多源遥感数据沙尘暴强度监测的信息可比方法

综述了利用遥感技术进行沙尘暴监测研究的国内外进展，提出了利用多源遥感数据识别和提取沙尘暴信息的新方法，利用近红外1．6μm波段特性，构建了可比沙尘强度指数。研究表明：利用卫星探测器11μm，12μm波段差值进行沙尘暴信息识别和提取，可以达到满意的效果，但不能刻画沙尘暴强度；构建的可比沙尘强度指数，能够解决多源遥感数据由于卫星平台、监测时间、监测区域等不同因素导致的监测结果不可比的问题；同时监测结果与地面气象站监测数据有较好的一致性，能够从时间、空间两方面刻画沙尘暴强弱分布，可以作为沙尘暴定量研究的参数，为利用多源遥感数据持续定量地监测沙尘暴的起源、移动、传输路径、扩散等待征奠定了基础。     

汤逊湖水体叶绿素浓度遥感估测研究

内陆水体叶绿素浓度遥感监测的各种经验模型在模型的方法和参数上都有一定的时空限制。为了实现武汉汤逊湖叶绿素浓度的遥感监测,利用同步实测的光谱数据和水质数据进行了该湖泊叶绿素浓度的遥感定量反演研究。首先分析了汤逊湖水体的反射率光谱曲线;其次通过相关分析的方法,发现了汤逊湖水体反射率在单波段法、一阶微分法和比值法建模中的最优波段或组合,并进行了一元线性建模;最后对3种模型的反演精度进行了比较分析。结果表明,对于汤逊湖叶绿素浓度遥感反演,一阶微分法和比值法优于单波段法,一阶微分法的最优波段在446.9 nm附近,比值法的最优波段组合为R861.1/R865.7,二者回归R2都在0.86以上。本项研究可为汤逊湖叶绿素浓度的遥感估测提供了参考。     

IKONOS数据在翠华山滑坡研究中的应用

利用IKONOS数据对翠华山地区崩滑性滑坡进行了研究.基于IKONOS立体像对提取DEM,利用 DEM及控制点GCP正射全色数据与多光谱数据,将多光谱数据进行自然彩色变换,采用乘法变换与全色数据进行融合,将遥感数据与DEM数据叠加生成三维遥感影像图,进行滑坡体及承灾体解译,结合野外调查,为滑坡研究提供直接的依据.研究结果表明,利用IKONOS数据进行滑坡研究具有无比的优势.     

基于遥感数据的区域洪涝风险评估改进模型

灾害风险评估是最简单有效的防灾减灾措施之一。以松花江流域为研究区域,提出了一种基于遥感实时监测数据和历史洪涝灾害数据的洪涝风险评估改进模型。选取中国气象科学数据共享服务网的降雨数据、NASA的SRTM90mDEM地形数据、河网数据以及对2007年全国统计年鉴进行空间化所得的人口和GDP数据作为因子,应用层次分析法计算了各因子的权重,基于洪涝灾害形成机制计算了初始的松花江洪涝风险指数。在此基础上,获取历史洪涝灾情频次数据和HJ-1实时遥感影像提取的水体淹没范围数据,利用地图代数法来对初始的风险指数进行改进。考虑历史洪涝风险的规律性和风险评测时的具体水体范围信息,使得所得结果能够反映松花江流域洪涝灾害的综合风险,具有一定的现势性,为防灾减灾提供了依据。     

基于多源中高分辨率遥感数据提取渤海辽东湾海冰要素信息

海冰厚度是海冰参数中最为重要和最难获取的参数之一,对海洋灾害预警、气候变化等研究均有重要意义。本文选取2018年1月到3月的10景多源(Sentinel-2、Landsat-8、Landsat-7)中高分辨率影像对渤海辽东湾的海冰进行了监测。基于归一化水体指数进行海陆分割,通过分析海水与海冰光谱特征差异,利用最大似然法监督分类提取海冰区域,运用反照率与海冰厚度之间的经验指数模型反演海冰厚度,将反演结果与Zubov模型计算的冰厚结果进行比较,相关系数为0.884,证明了中高分辨率光学遥感数据在海冰厚度反演中的可行性。同时发挥中高分辨率遥感数据的优势,利用冰厚信息提取海冰类型、估算海冰资源量,为渤海海冰的防灾减灾以及海冰资源利用提供参考。     

中亚土库曼斯坦典型绿洲荒漠化动态遥感监测

针对土库曼斯坦目前广泛存在的荒漠化问题,选择土库曼斯坦穆尔加布-捷詹河流域为研究区,利用MODIS数据建立决策树进行了荒漠化动态遥感监测。基于影像数据反演了6个荒漠化遥感监测指标,通过人机交互确定各指标最佳阈值,对不同指标进行组合,通过精度评价分析,构建了最佳指标组合来划分荒漠化等级。对土库曼斯坦近11 a的荒漠化动态变化状况进行了分析。结果表明:2001-2012年研究区土地荒漠变化表现出总面积减少,但是荒漠化程度却不断加重的趋势。     

农业旱灾监测中土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是农业干旱监测最重要的指标之一。文章全面回顾了光学遥感和微波遥感土壤水分遥感反演进展，重点讨论了符种反演方法的优点和不足。光学遥感中，热惯量法和作物缺水指数法可分别较好地应用于裸露地和作物覆盖地的土壤水分监测；距平植被指数、植被条件指数采用了植被指数因子实现农业旱情监测，温度植被指数、植被供水指数和条件植被温度指数同时考虑了作物植被指数和地表温度。微波遥感被认为是当前土壤水分监测中最有效的方法。主动微波遥感空间分辨率较高，但对土壤粗糙度和植被敏感；被动微波遥感空间分辨率低，重访周期短，对大尺度农业旱灾监测具有较大潜力。为提高农业旱灾监测巾土壤水分遥感反演的精度和效率，采用光学遥感和微波遥感的结合可能是较为实际的方法。     

基于半分析算法的太湖水质参数多光谱遥感反演

半分析算法基于固有光学特性数据,具有明确的物理意义,能同时反演多种水质参数,是水质遥感反演的趋势。基于太湖实测的吸收系数与后向散射系数数据与Landsat/TM数据,利用Gordon半分析模型,对叶绿素a、悬浮物与黄色物质进行了同步反演,并探讨了半分析算法适用于内陆水体多光谱遥感数据的潜力。多水质参数同步反演方法为水环境综合分析提供了有利的技术手段。     

基于FY-3A的海南岛橡胶林台风灾害遥感监测——以“纳沙”台风为例

以登陆海南岛的1117号台风"纳沙"为例,根据通过高分辨率卫星数据提取的海南岛橡胶分布范围,利用FY-3A遥感数据分析了台风登陆前、后海南岛橡胶归一化植被指数的变化。借助GIS技术平台,提取受损橡胶的分布信息(INDVI0)。根据建立的橡胶林台风灾害等级标准,绘制了橡胶林台风灾害损失等级分布图,实现了橡胶林台风灾害的遥感监测。通过遥感监测结果与灾情实际调查结果的对比分析发现,二者总体趋势一致,而遥感监测更加快速、直观、精细,说明橡胶林台风灾害遥感监测是可行的。     

沙尘灾害遥感监测方法研究与比较

在研究和分析沙尘灾害遥感监测原理的基础上，针对沙尘灾害遥感监测工作的需要，给出了2种沙尘信息提取方法（分层提取法和热红外窗区法）和3种沙尘灾害强度监测方法（密度分割法、变化矢量分析法和可比沙尘强度指数法），并对各种方法的应用效果分别进行了分析、验证和比较。结果表明：（1）沙尘信息提取方法中，热红外窗区法较分层提取法物理意义明显，稳定性低较高，步骤简单，更适合于业务化实现。（2）沙尘强度监测方法中，密度分割法相对简单，能定性描述沙尘灾害强弱分布；变化矢量分析法虽是一种较好的监测方法，但对数据要求苛刻；可比沙尘强度指数法可用于多源遥感数据动态监测应用，是较为理想的沙尘强度监测方法。（3）综合利用遥感和地面监测数据是沙尘灾害强度监测亟待解决的重点和难点之一；同时，解决多种卫星数据监测结果的一致性和可比性，是实现卫星协同使用、提高沙尘灾害监测时间分辩率的必经途径。     

陕西省冬小麦干旱时空变化特征分析

利用陕西省1981-2013年22个气象站点的逐日气象数据、冬小麦生育期及产量资料,在考虑水分敏感系数与底墒期降水的基础上,分生育期构建了陕西省冬小麦的干旱指数,并且采用统计模型分离干旱对产量的影响程度,按关键生育期划分干旱指数等级范围并分析其时空变化规律。结果表明:陕西省冬小麦整个生育期干旱频率与干旱减产率有北高南低的分布规律;陕北、关中及陕南部分地区近30a冬小麦干旱有增强趋势,而各生育期的减产率变化趋势则不尽相同。     

面向作物病害识别的高光谱波谱库设计与开发

自20世纪70年代以来,国内外波谱数据库发展迅速,但都存在着针对性不强的缺陷,不能满足我国现阶段遥感应用的需要。该文通过以小麦条锈病为案例的高光谱波谱库的设计与开发,实现了波谱查询、影像管理、用户管理、数据管理、反演模型等功能,可供其它面向病害识别的高光谱波谱库的建立参考。